CN106557751A - 一种带颜色指示信息的指针式压力表自动读数方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带颜色指示信息的指针式压力表自动读数方法，包括首先在外加光源的条件下，通过高清数码相机采集压力表表盘图像，其次扫描图像，定位表盘轮廓，再次扫描表盘轮廓中心区域，定位表盘中心，然后在表盘轮廓区域内提取指针和表盘刻度线，最后通过判断指针与刻度线的位置关系，输出指针示值。本发明具有算法原理简单，自动识别率高，运行速度快的优点，本发明作为一种指针式压力表自动读数方法，适用范围广，不仅适用于多种带颜色指示信息的指针式压力表，还适用于普通的不带颜色指示信息的指针式压力表，可广泛适用于仪表检定技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及指针式仪表检定技术领域，尤其是涉及一种带颜色指示信息的指针式压力表自动读数方法。
背景技术
指针式压力表是工业领域压力测量中应用非常广泛的仪表之一。通常很多压力表为了区别表示压力示值在某个范围内，会将表盘内部刻度划分成几种不同的颜色区域。在科研和工业生产领域中，对压力表的要求是测量结果准确，精度满足要求。仪表生产企业和计量检定单位通常需要在生产和日常使用过程中对指针式压力表进行定期检定，其检定过程要严格按照国家标准计量检定规程，利用压力源为压力表加压到每个待检点，在每个待检点经过轻敲检定、回程检定等操作，依次读取每点数据并将数据填写到压力表检定记录中。几十年来，业内的检定过程都是由人工操作完成，劳动强度大，检定效率低，精度易受人为主观因素影响，自动化程度低。
因此，实现指针式压力表的自动检定具有很高的实用价值。计算机视觉技术的发展使得指针式压力表的自动检定成为了可能。一般压力表的自动检定流程是：首先利用相机拍摄压力表表盘图像，其次通过图像处理算法确定表盘区域，获得表盘中心、表盘中的每条刻度线位置和对应的示值，再次，确定表盘中的指针位置，最后通过指针位置、刻度位置和刻度示值计算得出指针所对应的示值。该方法原理简单，但在实施过程中，首先外界环境光会对相机拍摄的压力表图像产生影响，其次对于带颜色指示信息的压力表检定，颜色指示信息会对刻度位置的提取形成障碍，最后表盘轮廓的中心一般与表盘实际的中心点之间存在误差，会极大影响指针示值的计算。
申请号：201610120575.6，申请日为2016年3月3日，公开号：105741307A，公开日：2016年7月6日，专利名称：一种指针式压力表读数自动识别方法的发明专利就是采用类似的方法进行读数，但是需要对拍摄的压力表图像进行预处理，表盘中心提取准确性不高，并且需要提取表盘所有的刻度，其读数方法复杂，不能处理带颜色指示信息的指针式压力表。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种方法简单、精度高和执行速度快的带颜色指示信息的指针式压力表自动读数方法。
本发明所采用的技术方案是：一种带颜色指示信息的指针式压力表自动读数方法，包括以下步骤：
A、在外加光源的条件下，通过高清数码相机采集压力表表盘图像；
B、扫描图像，定位表盘轮廓；
C、扫描表盘轮廓中心区域，定位表盘中心；
D、在表盘轮廓区域内提取指针；
E、在表盘轮廓区域内提取表盘刻度线；
F、判断指针与刻度线的位置关系，输出指针示值。
进一步，所述步骤A，其包括：
A1、采用无影LED灯照射压力表；
A2、采用高清数码相机在距离压力表表盘10～15cm的距离采集压力表表盘图像。
进一步，所述步骤B，其包括：
B1、采用大津阈值法对图像进行二值化；
B2、采用Canny算子进行边缘检测，然后利用Hough变换检测压力表表盘轮廓。
进一步，所述步骤C，其包括：
C1、以表盘轮廓为基础，定位表盘轮廓中心点(x0，y0)作为初始表盘中心，计算轮廓半径r；
C2、对压力表表盘原图像进行颜色空间分解，得到红色分量图像R_Image，绿色图像G_Image，蓝色图像B_Image；
C3、根据指针旋转轴材料一般为黄铜或者不锈钢，颜色特征明显的特点，以轮廓中心点(x0，y0)为中心，以r/8为搜索半径，联合三种颜色分量图像R_Image、G_Image和B_Image确定指针旋转轴区域；
C4、利用Hough变换定位指针旋转轴区域轮廓，并求取轮廓中心点(x1，y1)作为实际的表盘中心。
进一步，所述步骤D，其包括：
D1、在二值化后的表盘图像中，在表盘轮廓内部搜索最大的连通区域作为指针；
D2、细化指针图像，并用Hough变换进行拟合。
进一步，所述步骤E，其包括：
E1、联合三种颜色分量图像R_Image、G_Image和B_Image，在表盘原图像中将带颜色的指示信息转换为表盘中最普通的白色区域；
E2、在表盘二值化图像中，剔除指针区域，并以表盘实际中心点(x1，y1)为中心，在半径为0.6*r～r的范围内，搜索刻度线；
E3、将搜索到的刻度线按照连通区域的大小分类，大的作为大刻度条候选，小的作为小刻度条候选；
E4、将表盘图像看作以表盘实际中心点(x1，y1)为中心，水平方向为横轴，竖直方向为纵轴的直角坐标系，在四个象限内，实际压力表表盘刻度线覆盖范围为-45°～225°；
E5、除起始的两条刻度线之间的角度间隔一般为正常间隔的一半外，其他各刻度线按照等间距原则将-45°～225°角度范围和量程进行平分，确定每个刻度线所对应的角度和示值；
E6、将候选的大小刻度线按照其所在的角度与E5中的角度进行比对，只保留符合条件的刻度线作为真实的刻度线然后进行细化操作，并存储每条刻度线的示值。
进一步，所述步骤F，其包括：
F1、根据拟合后的指针在四个象限中的位置确定其所对应的角度θ0；
F2、搜索距离指针角度最近的两条刻度线，其所对应的角度分别为θ1和θ2，满足θ1＜θ0＜θ2或者θ2＜θ0＜θ1，其所对应的示值分别为V1和V2；
F3、根据距离原则，指针读数V0＝V1+(V2-V1)×(θ0-θ1)/(θ2-θ1)。
本发明的有益效果是：本发明所采用的图像处理算法原理简单，自动识别效率高，解放了劳动力，提高了检定效率和精度，适用范围广，不仅适用于各种带颜色指示信息的指针式压力表，还适用于普通的不带颜色指示信息的指针式压力表。
(1)能有效剔除带颜色指示信息的指针式压力表图像中的颜色信息，降低颜色信息对刻度线的提取带来影响；
(2)采用颜色信息提取的压力表表盘中心点更为准确；
(3)处理速度快，从读入图像开始到输出指针示值，一幅分辨率为1280×960的彩色压力表表盘图像处理所需时间在5s以内，能够满足指针式压力表批量自动检定的要求。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1为一种带颜色指示信息的指针式压力表自动读数方法的流程图；
图2为本发明常用的一种带颜色指示信息的指针式压力表实物图；
图3为本发明常用的另一种带颜色指示信息的指针式压力表实物图；
图4为本发明指针式压力表表盘轮廓定位图示；
图5为本发明指针式压力表表盘中心点图示(*)；
图6为本发明指针式压力表指针区域图示；
图7为本发明指针式压力表指针细化线1及拟合线2图示；
图8为本发明指针式压力表表盘去颜色指示信息图示；
图9为本发明指针式压力表表盘刻度条提取并细化图示。
具体实施方式
如图1所示，一种带颜色指示信息的指针式压力表读数自动识别方法，包括：包括以下步骤：
A、在外加光源的条件下，通过高清数码相机采集压力表表盘图像；
B、扫描图像，定位表盘轮廓；
C、扫描表盘轮廓中心区域，定位表盘中心；
D、在表盘轮廓区域内提取指针；
E、在表盘轮廓区域内提取表盘刻度线；
F、判断指针与刻度线的位置关系，输出指针示值。
进一步作为优选的实施方式，所述步骤A，其包括：
A1、采用无影LED灯照射压力表；
A2、采用高清数码相机在距离压力表表盘10～15cm的距离采集压力表表盘图像。
进一步作为优选的实施方式，所述步骤B，其包括：
B1、采用大津阈值法对图像进行二值化；
B2、采用Canny算子进行边缘检测，然后利用Hough变换检测压力表表盘轮廓。
进一步作为优选的实施方式，所述步骤C，其包括：
C1、以表盘轮廓为基础，定位表盘轮廓中心点(x0，y0)作为初始表盘中心，计算轮廓半径r；
C2、对压力表表盘原图像进行颜色空间分解，得到红色分量图像R_Image，绿色图像G_Image，蓝色图像B_Image；
C3、根据指针旋转轴材料一般为黄铜或者不锈钢，颜色特征明显的特点，以轮廓中心点(x0，y0)为中心，以r/8为搜索半径，联合三种颜色分量图像R_Image、G_Image和B_Image确定指针旋转轴区域；
C4、利用Hough变换定位指针旋转轴区域轮廓，并求取轮廓中心点(x1，y1)作为实际的表盘中心。
进一步作为优选的实施方式，所述步骤D，其包括：
D1、在二值化后的表盘图像中，在表盘轮廓内部搜索最大的连通区域作为指针；
D2、细化指针图像，并用Hough变换进行拟合。
进一步作为优选的实施方式，所述步骤E，其包括：
E1、联合三种颜色分量图像R_Image、G_Image和B_Image，在表盘原图像中将带颜色的指示信息转换为表盘中最普通的白色区域；
E2、在表盘二值化图像中，剔除指针区域，并以表盘实际中心点(x1，y1)为中心，在半径为0.6*r～r的范围内，搜索刻度线；
E3、将搜索到的刻度线按照连通区域的大小分类，大的作为大刻度条候选，小的作为小刻度条候选；
E4、将表盘图像看作以表盘实际中心点(x1，y1)为中心，水平方向为横轴，竖直方向为纵轴的直角坐标系，在四个象限内，实际压力表表盘刻度线覆盖范围为-45°～225°；
E5、除起始的两条刻度线之间的角度间隔一般为正常间隔的一半外，其他各刻度线按照等间距原则将-45°～225°角度范围和量程进行平分，确定每个刻度线所对应的角度和示值；
E6、将候选的大小刻度线按照其所在的角度与E5中的角度进行比对，只保留符合条件的刻度线作为真实的刻度线然后进行细化操作，并存储每条刻度线的示值。
进一步作为优选的实施方式，其包括：
F1、根据拟合后的指针在四个象限中的位置确定其所对应的角度θ0；
F2、搜索距离指针角度最近的两条刻度线，其所对应的角度分别为θ1和θ2，满足θ1＜θ0＜θ2或者θ2＜θ0＜θ1，其所对应的示值分别为V1和V2；
F3、根据距离原则，指针读数V0＝V1+(V2-V1)×(θ0-θ1)/(θ2-θ1)。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一
本实施例对本发明一种带颜色指示信息的指针式压力表自动读数过程和读数结果进行说明。
图2、3是本发明常用的两种带颜色指示信息的指针式压力表实物图，以图2中所示带颜色指示信息的指针式压力表为例，压力表的量程范围为0～6MPa，大刻度线间隔为1MPa，细分刻度线间隔为0.2MPa，即表盘分度值。
为了能够精确读出该压力表指针示数并减少图像处理的时间，首先对高清数码相机采集得到的压力表表盘图像进行二值化处理，然后利用Canny算子进行边缘检测，最后采用Hough变换检测压力表表盘轮廓，如图4本发明指针式压力表表盘轮廓定位图所示，至此将后续的图像处理操作局限在表盘轮廓内，减少图像数据量，提高程序运行效率。
在表盘区域内，求取表盘轮廓的中心点(x0，y0)，以该点为圆心，在表盘轮廓半径1/8的范围内，在表盘原图像对应的三种颜色分量图像中搜索指针旋转轴对应的黄铜区域，然后用Hough变换求得黄铜区域的轮廓，最后将黄铜区域轮廓的中心点(x1，y1)作为表盘的实际中心点，如图5中*所示。
在表盘区域内，在表盘二值化图像中，指针是连通区域最大的部分，以此为依据，提取指针图像，如图6所示，然后将指针细化，并利用Hough变换进行拟合，如图7所示。
如图8所示，在表盘区域内，在表盘原图像对应的三种颜色分量图像中，按照彩色特征将带颜色的指示部分转换为白色，然后二值化，并将指针区域剔除，结合刻度线所处的角度，保留所有符合条件的刻度线，并细化，如图9所示，存储每条刻度线所对应的示值。
根据拟合后的指针在四个象限中的位置确定其所对应的角度θ0为181.5，指针相邻的两条刻度线的角度θ1为225°、θ2为135°，其所对应的示值V1和V2分别为0.1MPa、2MPa，可计算出当前指针所对应的示值为V0＝V1+(V2-V1)×(θ0-θ1)/(θ2-θ1)＝0.1+(225-181.5)*(2-0.1)/(225-135)＝1.018MPa。从读入图像开始到输出指针示值，一幅分辨率为1280×960的彩色压力表表盘图像处理所需时间在5s以内。
因此，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)能有效剔除带颜色指示信息的指针式压力表图像中的颜色信息，降低颜色信息对刻度线的提取带来影响；
(2)采用颜色信息提取的压力表表盘中心点更为准确；
(3)处理速度快，能够满足指针式压力表批量自动检定的要求。
以上是对本发明的实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种带颜色指示信息的指针式压力表自动读数方法，
其特征在于：包括以下步骤：
A、在外加光源的条件下，通过高清数码相机采集压力表表盘图像；
B、扫描图像，定位表盘轮廓；
C、扫描表盘轮廓中心区域，定位表盘中心；
D、在表盘轮廓区域内提取指针；
E、在表盘轮廓区域内提取表盘刻度线；
F、判断指针与刻度线的位置关系，输出指针示值。
2.根据权利要求1所述的一种带颜色指示信息的指针式压力表自动读数方法，其特征在于，所述步骤A，其包括：
A1、采用无影LED灯照射压力表；
A2、采用高清数码相机在距离压力表表盘10～15cm的距离采集压力表表盘图像。
3.根据权利要求1所述的一种带颜色刻度信息的指针式压力表自动读数方法，其特征在于，所述步骤B，其包括：
B1、采用大津阈值法对图像进行二值化；
B2、采用Canny算子进行边缘检测，然后利用Hough变换检测压力表表盘轮廓。
4.根据权利要求1所述的一种带颜色指示信息的指针式压力表自动读数方法，其特征在于，所述步骤C，其包括：
C1、以表盘轮廓为基础，定位表盘轮廓中心点(x0，y0)作为初始表盘中心，计算轮廓半径r；
C2、对压力表表盘原图像进行颜色空间分解，得到红色分量图像R_Image，绿色图像G_Image，蓝色图像B_Image；
C3、根据指针旋转轴材料一般为黄铜或者不锈钢，颜色特征明显的特点，以轮廓中心点(x0，y0)为中心，以r/8为搜索半径，联合三种颜色分量图像R_Image、G_Image和B_Image确定指针旋转轴区域；
C4、利用Hough变换定位指针旋转轴区域轮廓，并求取轮廓中心点(x1，y1)作为实际的表盘中心。
5.根据权利要求1所述的一种带颜色指示信息的指针式压力表自动读数方法，其特征在于，所述步骤D，其包括：
D1、在二值化后的表盘图像中，在表盘轮廓内部搜索最大的连通区域作为指针；
D2、细化指针图像，并用Hough变换进行拟合。
6.根据权利要求1所述的一种带颜色指示信息的指针式压力表自动读数方法，其特征在于，所述步骤E，其包括：
E1、联合三种颜色分量图像R_Image、G_Image和B_Image，在表盘原图像中将带颜色的指示信息转换为表盘中最普通的白色区域；
E2、在表盘二值化图像中，剔除指针区域，并以表盘实际中心点(x1，y1)为中心，在半径为0.6*r～r的范围内，搜索刻度线；
E3、将搜索到的刻度线按照连通区域的大小分类，大的作为大刻度条候选，小的作为小刻度条候选；
E4、将表盘图像看作以表盘实际中心点(x1，y1)为中心，水平方向为横轴，竖直方向为纵轴的直角坐标系，在四个象限内，实际压力表表盘刻度线覆盖范围为-45°～225°；
E5、除起始的两条刻度线之间的角度间隔一般为正常间隔的一半外，其他各刻度线按照等间距原则将-45°～225°角度范围和量程进行平分，确定每个刻度线所对应的角度和示值；
E6、将候选的大小刻度线按照其所在的角度与E5中的角度进行比对，只保留符合条件的刻度线作为真实的刻度线然后进行细化操作，并存储每条刻度线的示值。
7.根据权利要求1所述的一种带颜色指示信息的指针式压力表自动读数方法，其特征在于，所述步骤F，其包括：
F1、根据拟合后的指针在四个象限中的位置确定其所对应的角度θ0；
F2、搜索距离指针角度最近的两条刻度线，其所对应的角度分别为θ1和θ2，满足θ1<θ0<θ2或者θ2<θ0<θ1，其所对应的示值分别为V1和V2；
F3、根据距离原则，指针读数V0＝V1+(V2-V1)×(θ0-θ1)/(θ2-θ1)。
8.根据权利要求1～7任一项所述的一种带颜色指示信息的指针式压力表自动读数方法，其特征在于，所述方法不仅适用于各种带颜色指示信息的指针式压力表，还适用于普通的不带颜色指示信息的指针式压力表。
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